Was ist die Sperrverzögerungszeit in einer Diode?

Wenn eine Diode in einem Durchlasszustand leitet und sofort in einen Sperrzustand geschaltet wird, leitet die Diode für kurze Zeit in einem Sperrzustand, wenn die Durchlassspannung abfällt. Der Strom durch die Diode wird während dieser kurzen Erholungszeit in Sperrrichtung ziemlich groß sein.

Nachdem die Ladungsträger gespült wurden und die Diode im umgekehrten Zustand als normale Sperrvorrichtung wirkt, sollte der Stromfluss auf Leckwerte abfallen.

Dies ist nur eine allgemeine Beschreibung der Reverse-Recovery-Zeit. Es kann je nach Kontext einige Dinge beeinflussen, wie in den Kommentaren erwähnt.

Eine Raumladung innerhalb eines PN-Übergangs muss aufgebaut werden, bevor ein Vorwärtsstrom fließen kann. (Wenn der erste Satz Sie fragen lässt, warum, ist das wirklich eine andere Frage – vielleicht kann das helfen. Schauen wir uns einfach die Dynamik des Aufbaus und der Neutralisierung dieser Raumladung an.)

Von Null aus lässt sich diese Raumladung recht schnell aufbauen, da eine von außen angelegte Durchlassspannung Elektronen nach außen umleiten kann. Elektronen diffundieren aus dem n-Typ-Material in den Rand des p-Typ-Materials, Löcher im p-Typ-Material diffundieren in den Rand des n-Typ-Materials, und an den Metallgrenzflächen werden neue Elektronen in das n-Material injiziert. -Typ-Ende und Löcher werden am p-Typ-Ende erzeugt, um freie Elektronen zu erzeugen, die in den externen Stromkreis fließen können. Alle diese Flüsse sind Flüsse von Majoritätsladungsträgern in ihren jeweiligen Materialien, sodass die Diffusion schnell erfolgt, angetrieben durch viel größere Konzentrationsgradienten. Eine Raumladung entwickelt sich schnell, da Majoritätsladungsträger fließen, um die Diode einzuschalten – Elektronen im n-leitenden Material und Löcher im p-leitenden Material.

Wenn jedoch die externe Spannung dann umgekehrt wird, um eine umgekehrte Vorspannung zu sein, wird die Raumladung von sich selbst angezogen, um sich zu rekombinieren. Aber diese Rekombination geschieht nur durch die Diffusion von MinoritätTräger. Diese Minoritätsträgerdiffusion hat viel kleinere Konzentrationsgradienten und diffundiert daher um Größenordnungen langsamer. Eine externe Schaltung, die eine Sperrvorspannung bereitstellt, kann dabei helfen, diese Rekombination zu beschleunigen, da sie eine schnellere Neutralisierung überschüssiger Löcher, die zurück zum Material vom p-Typ gewandert sind, und eine Entfernung überschüssiger Elektronen, die zurück zum Material vom n-Typ gewandert sind, ermöglichen kann. Es wird angenommen, dass diese Loch-Elektron-Rekombination oder Ladungsneutralisierung im Wesentlichen sofort an den Halbleiter-Metall-Grenzflächen stattfindet. Wenn also der externe Strom Elektronen unter Sperrvorspannung liefern und entfernen kann, geschieht dies viel schneller als die "normale" Loch-Elektron-Rekombination Rate in der Masse des Halbleiters. Aus diesem Grund können während der Rückwärtserholzeit enorme Rückströme auftreten.

Ich habe eine kleine Simulation der Sperrverzögerungszeit in einer 1N4007-Diode gegenüber einer 1N4148 zusammengestellt :

Die Demo zeigt, wie die Dioden unter einer Rechteckwelle geschaltet werden, und zeigt, dass der 1N4007 einige Mikrosekunden braucht, um vollständig abzuschalten!

(Siehe auch ein PDF mit dem Titel "Rekombinationszeit in Halbleiterdioden" .)

Wenn die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist und Sie sie ausschalten möchten, dauert es eine Weile, bis freie Ladungsträger, die über den Übergang fließen, gelöscht werden (Elektronen müssen in den n-Bereich zurückkehren und Löcher müssen in den p-Bereich zurückkehren, dann können sie sich rekombinieren an der Anode bzw. der Kathode). Diese Zeit wird "Sperrerholzeit" genannt, und der Gesamtstrom, der über die Diode fließt, ist negativ, da Träger in Bezug auf die Vorwärtsvorspannung in entgegengesetzte Richtungen fließen. Die während der Sperrverzögerungszeit fließende Ladung wird als "Sperrverzögerungsladung" bezeichnet und die Diode muss sie löschen ("Erholung" von der Rückwärtsvorspannung in den neutralen Zustand), bevor Sie sie einschalten können. Letztendlich hängt das Reverse-Recovery-Phänomen von der Dotierung und Geometrie des Siliziums ab und ist ein parasitärer Effekt in Dioden, da die an dem Prozess beteiligte Energie verloren geht.

Die Zeit, die eine Diode benötigt, um ihren Zustand, der vom in Durchlassrichtung vorgespannten Zustand (EIN-Zustand) zum AUS-Zustand ist, umzuschalten, wird als „Reverse Recovery Time“ bezeichnet. Wenn eine Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist und Sie sie ausschalten, dauert es eine Weile, bis sie vollständig ausgeschaltet ist. In dieser Zeit erreicht eine Diode zuerst einen in Sperrrichtung vorgespannten Zustand und erreicht dann langsam den AUS-Zustand, anstatt direkt einen AUS-Zustand zu erreichen. Während dieser Zeit kehren Elektronen in den n-Bereich und Protonen in den p-Bereich zurück, um den AUS-Zustand zu erreichen, und der Gesamtstrom, der über die Diode fließt, ist negativ, da Ladungsträger in Bezug auf die Vorwärtsvorspannung in entgegengesetzte Richtungen fließen. Die Ladung, die während der Rückwärtserholungszeit fließt, wird als „Rückwärtserholungsladung“ bezeichnet.

Die Ladung, die während der Rückwärtserholungszeit fließt, wird als „Rückwärtserholungsladung“ bezeichnet. Beim Umschalten vom leitenden in den sperrenden Zustand hat eine Diode oder ein Gleichrichter Ladung gespeichert, die erst entladen werden muss, bevor die Diode den Rückstrom sperrt.

Beim Umschalten vom leitenden in den sperrenden Zustand hat eine Diode oder ein Gleichrichter Ladung gespeichert, die erst entladen werden muss, bevor die Diode den Rückstrom sperrt. Diese Entladung dauert eine begrenzte Zeit, die als Reverse Recovery Time oder trr bekannt ist. Während dieser Zeit kann Diodenstrom in Sperrrichtung fließen.

Wenn Sie eine Diode ausschalten, fließt aufgrund gespeicherter Ladungen in der Verarmungsschicht für eine bestimmte Zeit ein Rückstrom durch die Diode. Die Zeit, "wenn der Rückstrom beginnt, durch die Diode zu fließen und seinen Spitzenwert erreicht und wieder abfällt und 25% seines Spitzenwerts erreicht", ist diese Zeit als Sperrverzögerungszeit der Diode bekannt.

Wenn die Diode im Vorwärtsvorspannungszustand plötzlich leitet, wenn die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist, und die Elektronen, die im Begriff sind, mit dem +ve-Anschluss verbunden zu werden, wenn sie jetzt in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist (umgekehrt vorgespannt), können sie sich nicht mit dem -ve-Anschluss verbinden und hat in die p-Region zurückzukehren und sich als Minoritätsträger niederzulassen. Die dafür benötigte Zeit wird Erholungszeit genannt.

Wenn der Vorwärtsstrom der Diode auf Null abfällt, leitet die Diode aufgrund der Anwesenheit gespeicherter Ladungen in den beiden Schichten weiter in die Sperrrichtung. "Der Rückstrom fließt für eine Zeit, die als Sperrverzögerungszeit bekannt ist".